viernes, 24 de marzo de 2017

( 283 ) Números arábigos

 Con esta entrada damos cierre a la serie de sistemas de numeración,dejando de lado una inmensa cantidad de sistemas que, si bien menos famosos y menos trascendentes, merecen también alguna mención.

Me permitiré de este modo el dedicar unas líneas a unos sistemas simplísimos. Estos se daban (y en algunos casos se dan aún) fundamentalmente en islas del pacífico, donde la vida es simple y la preocupación por los grupos diédricos escasea, habiendo así poca necesidad de matemáticas “complicadas”. El lector se preguntará que a qué razón responde aquello de simplísimos, pues bien, sucede que son sistemas con unos pocos números; no es que se tenga una pequeña colección de caracteres con los que se formen todos, sino que solo existen 4 o 5 números (dependiendo del grado de complejidad que se necesitase). Centrémonos en los de 4, siendo análogos los de 5. Así, distinguimos los números 1, 2, 3 y muchos, donde sí, muchos es un número que se aviene a todo lo que sea mayor que 3 (considerando solo números naturales).

Puede parecer sorprendente, pero hay sociedades que han sobrevivido con estos números, sociedades, a mi parecer, de envidiable sencillez. Esto ha sucedido sobre todo en zonas aisladas, como pequeñas islas y selvas frondosas. La mayoría han desaparecido, no quedando muchos datos sobre ellas, eso sí, podemos afirmar con absoluta precisión que hubo muchas. Pero dejémonos ya de estas culturas y cumplamos con lo prometido.





 Con números arábigos nos referimos al conjunto de caracteres {1,2,3,4,5,6,7,8,9,0}, los cuales se han adoptado como forma genérica de representar números. Obviaremos la explicación sobre cómo se forman los números a partir de esos símbolos por suponerlo un conocimiento universal. Lo que si destacaremos es el uso  del 0, tan extendido en la actualidad que lo damos por supuesto, siendo que en la inmensa mayoría de sistemas de numeración del mundo no se contemplaba (en particular no hay 0 en los números romanos). Y es que los números surgen de la necesidad de las culturas de expresar ideas, y si se usan estos para contar y nada más, la necesidad de expresar ninguna cosa bien puede suplirse no empleando ningún símbolo. 


Como siempre y como más lógico me parece, comenzaremos desarrollando su origen. Un número “muchos”  que valga todos los naturales mayores que 3 y a la vez ninguno es terriblemente ineficaz para cosas tan básicas como el comercio, no pudiendo sostener una civilización con una cierta complejidad. Ahora bien, la necesidad de contar con exactitud un número cualquiera de elementos ya está resuelta por sistemas como el romano. El motivo por el que el sistema general de numeración es el arábigo y no el romano (admitiendo que por la forma en que ha tomado forma la historia, este había de ser alguno que hubiese triunfado en Europa) es que el último da una facilidad tremenda al cálculo. Esto es así porque fue desarrollado por sociedades que necesitaban esos cálculos, sociedades que más allá de su utilidad para contar, veían en las matemáticas una herramienta vital para prosperar (y que no las basaron, como los griegos o los egipcios, en geometría). Estas sociedades a las que nos referimos con tanto afecto no son, por mucho que lo sugiera el nombre de los números, los árabes, sino que fueron los hindúes (de hecho, los árabes se referían a ellos como números hindúes).




Los árabes, en su expansión, vieron utilísma la ciencia en general, y las matemáticas en particular; tomando todos los conocimientos de las zonas por las que pasaban y conquistaban. Se dicen que la biblioteca de Bagdad se llenó de libros pagados en rescate a prisioneros tomados en guerras. Pues bien, las mayores influencias que tuvo la ciencia árabe fueron los matemáticos griegos y los hindúes, tomando de estos últimos el sistema de numeración por ser tan práctico para las operaciones (de hecho, está construido para emular a un ábaco). Así, las matemáticas árabes pasaron a escribirse usando el sistema hindú, logrando unos avances magníficos.




La primera referencia que he podido encontrar a estos números en trabajos árabes es el libro “A cerca de los cálculos con números de la India”, del ínclito Al-Juarismi (a cuyo nombre debemos la palabra “algoritmo”), que data de 825. Tristemente no se conserva ninguna edición árabe, solo una versión latina “Algoritmi de numero indorum”, en la cual se perdió parte de la información. En cualquier caso se sabe que en el libro se describe con precisión el funcionamiento de estos símbolos, abundando en ejemplos comparativos para destacar la simplicidad del mismo.






En Europa, la mayor parte del conocimiento árabe entraba por Al-Ándalus, y es en España donde se encuentra la primera referencia al sistema que estamos tratando. Concretamente en el libro “Crónica albedense”, un tratado sobre la historia de la península ibérica, desde tiempo de los romanos hasta el año 881 en el que está escrito; y en el que da referencia a los números y la ciencia de los musulmanes. La fecha de esta publicación da cuenta de la rápida expansión que tuvieron los números “hindúes” en el mundo árabe.




Aun así, la generalización del uso de estos números se la debemos al matemático Leonardo de Pisa, o Fibonacci, si se prefiere. Este hombre vivió un tiempo en Bujía, una ciudad de Argel, donde aprendió árabe y tuvo contacto con sus números. A la vuelta a Europa publicó su “Liber Abaci” (que significa “libro del ábaco”), en el que explica los números y la notación árabes, aunque manteniendo el orden de su escritura para los cálculos, esto es, de derecha a izquierda.

Aun tuvo que pasar mucho tiempo hasta que Europa adoptase este sistema, pues, si bien es muy útil para las matemáticas, algunos académicos se mostraban reacios a adoptar un sistema musulmán. Además, los comerciantes estuvieron siempre en contra de su implementación, pues aprovechando lo confuso del sistema romano podían urdir engaños para sacar más dinero del debido a sus clientes. A partir de ahí, el colonialismo europeo llevó estos números a todo el mundo, donde han acabado por adoptarse como el sistema general.


Termina aquí nuestro artículo sobre números arábigos, y con él la serie sobre sistemas de numeración; aun así, y dado el carácter voluble de quien los escribe, no descartamos que aparezcan más en un futuro, explorando por ejemplo los sistemas que se usaban en China o en Egipto.



Diego Munuera Merayo.





viernes, 10 de marzo de 2017

( 281 ) Matemáticas en la naturaleza

Desde tiempos inmemoriales, el ser humano ha intentado comprender el comportamiento de la naturaleza, a primera vista caótica. Pero basta con observarla detenidamente para darse cuenta de que, en el fondo, existen ciertos patrones que nos ayudan a entenderla.
La “matematización” de la naturaleza se debe en gran parte a Leonardo de Pisa, más conocido como Fibonacci. En el siglo XIII d.C., presentó al mundo la ahora conocida como Sucesión de Fibonacci. Su construcción es muy sencilla, simplemente hay que sumar los dos últimos números de la sucesión para obtener un nuevo elemento:
n0 = 0;   n1 = 1;   n2 = n0 + n1 = 1;   n3 = n1 + n2 = 2;   n4 = n2 + n3 = 3


Es decir, queda determinada con la fórmula:  ni = ni-1 + ni-2
Muchos aspectos de la estructura de los vegetales presenta elementos de dicha sucesión:
-El número de pétalos de una flor (casi)siempre corresponde a un elemento de la sucesión



-En los girasoles, las margaritas y las piñas, entre otros, las pipas o escamas forman espirales en dos sentidos de giro. El número de espirales en una dirección es un elemento ni de la sucesión, mientras que en la dirección contraria el número corresponde con ni+1 o ni-1.
- La distribución de las hojas alrededor del tallo es lleva a cabo en forma espiral. En el momento que una hoja queda en la misma perpendicular que otra, vemos como el número de hojas de ese segmento corresponde con un elemento de la sucesión, y el numero de vueltas al tallo es otro elemento.
Dicha sucesión también está relacionada con el número áureo, (la profundización en dicho número se hará en otros artículos) siendo posible obtenerlo al calcular el límite de la división de un término de la sucesión entre el anterior . Como dato curioso haremos notar al lector que si se divide la altura de una persona entre la altura a la que se encuentra su ombligo obtenemos un numero muy cercano al áureo.
La sucesión de Fibonacci también puede representarse en una superficie plana, jugando con el área de los cuadrados. Cada cuadrado tiene de lado un elemento de la sucesión. Al unir los vértices como en el dibujo obtenemos la denominada “espiral áurea”, que no es otra cosa que una espiral logarítmica.
La espiral áurea aparece en la concha del nautilus y otros moluscos, en los huracanes e incluso en las galaxias. También podemos observar que los halcones, al cazar dibujan esta figura en el aire, ya que les permite mantener controladas visualmente a sus presas (volar en línea recta puede parecer la mejor opción, pero la posición de la cabeza crea turbulencias en el vuelo, por eso recurren a la espiral). Los remolinos de agua se rigen también por esta figura.
Pero el número áureo esconde algún secreto más. Tenemos dos segmentos, A y B, uno contenido en el otro de forma que uno de sus extremos coincida. Ahora creamos una circunferencia uniendo los dos extremos del segmento mayor. El ángulo cuyo arco es el segmento más corto (B-A) se denomina “ángulo áureo”, el cuál se redondea a 137,5º. Éste rige la distribución de las semillas en un girasol, como se muestra en el video.




Este video es solo un fragmento del programa "Redes" dedicado a la simetría, el video completo se encuentra al final.


Dejando ahora la Sucesión de Fibonacci a parte, vemos que no es el único elemento de las matemáticas presente en la naturaleza. La geometría tiene una gran presencia, y en algunos casos,  más cerca de lo que pensamos:
Un ejemplo muy fácil de observar son los hexágonos presentes en las colmenas de las abejas. Esta forma es escogida por ser la que menos perímetro necesita de las figuras cuya unión cubren totalmente el plano. Es decir, si cubriéramos una misma superficie con cuadrados o triángulos, las abejas emplearían más cera para construir las paredes. En el fondo no es más que un problema de optimización. También muy llamativo es el caso de la calzada de los gigantes. Esta maravilla de la naturaleza está formada por columnas hexagonales de basalto, roca obtenida del enfriamiento de la lava sin grandes presiones. Y como no, en los ojos de los insectos.

La esfera es una forma recurrente en la naturaleza: Ya sea en las gotas de agua (si quieres saber el porqué pincha aquí), los ojos de los animales, las perlas e incluso algunos virus. Las estrellas y los planetas también presentan esta geometría.
Algunas flores han adquirido formas geométricas, pero son tantas las opciones y tan variados los ejemplos que necesitaríamos un articulo solo para este tema. Lo mismo pasa con los minerales cristalizados y la forma en que se ordenan los átomos de las moléculas: triángulos, pirámides, cubos, prismas, octógonos, etc.


Dejando atrás la geometría, es fácil darse cuenta de que la mayoría de las hojas y las flores de las plantas de animales que conocemos presentan simetría axial, al igual que muchos animales. Podría decirse que es un rasgo importante a la hora de la reproducción: El hecho de ser simétrico indica que el individuo posee buenos genes. Por eso la evolución nos ha adaptado para que lo simétrico sea agradable. Al igual que las hojas y las flores de las plantas, Podemos añadir que el reflejo en el agua de cualquier figura también presenta simetría axial. Un ejemplo intuitivo puede ser el reflejo de las montañas en un lago.
La simetría radial se puede encontrar hasta en la cocina. Solo hay que partir una manzana, una pera, un cítrico... horizontalmente, y quedará al descubierto las semillas de su interior. Muchas veces dichas semillas se distribuyen formando una estrella (el número de puntas es variable). También las estrellas de mar, el esqueleto de los erizos de mar entran dentro del conjunto de ejemplos. Para saber porqué basta ver las fotos.
El último caso a estudiar serían los fractales. Si se quiere conocer más sobre estas figuras recomendamos visitar otro de los artículos del blog. Aquí solo haremos una breve introducción al concepto. Los fractales no son otra cosa que una figura geométrica que se repite en diferentes escalas. Puede ser difícil de imaginar en un primer momento, pero observando el romanesco de la frutería, saliendo a observar un árbol o la hoja de un helecho se puede obtener una idea aproximada. Son conos colocados sobre la superficie de otros conos. Aunque sea un poco distinto, las ramificaciones de un río, nuestro sistema respiratorio o incluso los rayos también son fractales.  Por último, tomando un microscopio sería fácil observar que los cristales de los copos de nieve también presentan esta propiedad, al igual que muchos minerales cristalizados.
 











Muchos casos se nos han quedado en el tintero, por ello pedimos a nuestros lectores que nos envíen algún ejemplo que no haya aparecido. Sin nada más que añadir nos despedimos hasta el próximo artículo.
Un saludo